Скважина для водоснабжения

Чтобы обеспечить участок водой, прежде всего необходимо выбрать источник водоснабжения. Источник может быть либо поверхностный (речка, ставок, канал, озеро), либо подземный (колодец, скважина), либо комбинированный (полив – из речки, а вода для быта – из скважины). Наши предки чаще всего выкапывали на участках колодцы (иногда было несколько общих колодцев на село). Колодец исправно служил много лет, обеспечивая жителей чистой водой. Теперь ситуация изменилась: в некоторых случаях вода из слоя безнапорных грунтовых вод не отвечает санитарным нормам, на участках появляются септики, и колодец следует сооружать от них как можно дальше. Поэтому многие хозяйства современных загородных домов отдают предпочтение бурению скважин.

Если неподалеку проходит водопровод, который обеспечивает водой ближайший населенный пункт, то лучше присоединиться к нему. Но если водопровода нет, придется самостоятельно углубляться в землю и доставать оттуда необходимую воду.

Что же сооружать на участке – шахтный колодец или скважину? Это зависит от того, как залегает водоносный слой под участком. Обычно при его глубине до 10 м роют колодец, а если водоносный слой глубже, то преимущественно обустраивают трубный водозабор (скважину). Если в верхних слоях много каменных включений, сложность бурения возрастает настолько, что иногда проще выкопать обычный шахтный колодец даже на глубину 20 м. Кроме того, скважина зависит от насоса – из колодца же в любой ситуации можно добыть воду ведром. По сути, скважина – это пробуренное отверстие в земле, куда вставлена труба, чтобы стены скважины не обсыпались и не закупоривали ее. Бурить скважину надо не ближе чем три метра от дома, а чтобы целый год пользоваться водой, на выходе следует соорудить кессон. И уже от него на глубине более 0,8 м (это глубина промерзания грунта в Львовской области) подсоединить трубопровод.

Вода считается пригодной для питья, если имеет следующие характеристики:

• прозрачность по стандартному штифту – не менее 30 см;
• цветность – не более 30;
• привкус и запахи – не более 2-3 баллов;
• содержание нитратов – не более 10мг/л;
• коли-титр на содержание бактерий – не менее 100 (то есть не более 10 кишечных палочек на литр).

Чтобы определить все эти параметры, необходимо сдать пробу воды на анализ в санитарно-эпидемиологическую службу (СЭС). Естественно, вода для полива и других хозяйственных нужд не должна так сурово регламентироваться – здесь пригодна и верховодка, и вода из канавы, речки, ставка.

Сейчас, если колодец или скважина на участке дают воду, которая немного не дотягивает до кондиции, это не такая уже и беда. Современные системы очищения воды, скорее всего, справятся с этой проблемой.

Подземные воды бывают трех видов: грунтовые верховодки, грунтовые и межпласты. Грунтовые верховодки появляются на глубине от 0,5 до 2,5 м в результате весеннего паводка, обильных дождей или таяния снега.

Надежным источником водоснабжения их считать нельзя: они могут исчерпаться, а их качество сомнительно. Часть воды, которая просочилась вглубь земли, образует грунтовые воды, которые скапливаются в так называемом водоносном горизонте – первом от поверхности грунта. Ниже находится водонепроницаемый слой. Когда же воды залегают между двумя водоупорами, их называют межпластами. Колодцы роют, как правило, до грунтовых вод. А вот скважины бурят уже до межпластов, вода в которых чище и приспособлена для питья и использования в хозяйстве.

После того, как скважина пробурена, желательно сделать химический анализ воды. Пробу рекомендуется брать приблизительно через месяц эксплуатации – за это время состав воды полностью стабилизируется. Согласно результатам анализа следует подобрать водоочистное оборудование.

Для водозабора проводят бурение скважины. В зависимости от глубины бурения скважины разделяются на два вида:

• фильтровая (песчаная) скважина – до уровня залегания водонасыщеных песков (10-40 м);
• артезианская (известковая) скважина – до уровня залегания водонасыщеных известковых пород (40-250 м).

Фильтровая (песчаная) скважина
Песчаную скважину бурят до ближайшего водоносного горизонта, как правило, на глубину 10-40 м. Вода в ней обычно лучше колодезной – достаточно мягкая и, как правило, не содержит железа. Дно такой скважины как бы опущено в водяной мешок (линзу) и воды там немного (в ней обычно содержится большое количество частичек песка и глины). Зато вода здесь чище, чем колодезная, и нет опасности присутствия в ней бактерий. Но водоносный слой имеет связь с поверхностными водами, поэтому в нем могут содержаться разные примеси, способные сделать воду непригодной для питья. Даже если вода будет использоваться только для хозяйственно бытовых (не питьевых) целей, анализ ее необходим, причем (как и в случае с колодезной водой) его следует повторять хотя бы раз в год. Со временем, особенно если пользоваться скважиной не постоянно, мешок заиливается и фильтр забивается песком. В таком случае скважина уже не подлежит ремонту. Обычно такие скважины бурят как временный источник водоснабжения (например, для нужд строительства или на первых несколько лет проживания). На неглубокую (до 20 м) скважину можно поставить ручной насос.

Бурение фильтровой скважины – процесс недолгий, занимает обычно до двух дней. Фильтровая скважина состоит из обсадной колонны (трубы диаметром от 127 до 133 мм) и сетчатого фильтра галунного плетения. Вода в созданной фильтровой скважине набирается со скоростью 1 м3/час. Срок эксплуатации фильтровой скважины зависит не только от мощности начального водоносного грунта, но и от частоты ее использования (чем чаще скважина используется – тем дольше срок эксплуатации).

Пробуренные песчаные скважины обходятся недорого, но они недолговечны, поэтому выходят из строя через 4-6, максимум 8 лет вследствие засорения частицами грунта. Обычно такие скважины обустраивают, когда нужда в воде менее 1м3 (вода используется в летний период в основном для полива участка или каких-либо технических целей).

Иногда такую скважину обустраивают непосредственно в подвале дома, если его высота не менее, чем два метра. Это должна быть неглубокая скважина, сделанная с помощью малогабаритной буровой установки. Глубокая скважина требует использования крупногабаритной техники, которая в подвале любого коттеджа не поместится.

Преимущества песчаной скважины:

• относительно невысокая стоимость бурения скважины (сравнительно со стоимостью бурения артезианской);
• простота и скорость изготовления;
• отсутствие необходимости регистрации и лицензирования.

Недостатки песчаной скважины:

• неопределенность месторасположения водоносного песка в точке бурения;
• возможность загрязнения водоносного горизонта различными поверхностными водами (некачественными системами канализации, коллекторами и т.д.);
• небольшая долговечность в сравнении с артезианской скважиной;
• зависимость от колебания уровня грунтовых вод.

Артезианская (известковая) скважина
Артезианская скважина использует воду одного из известковых водоносных горизонтов, чаще всего – первого. При этом следует отметить, что в разных местах она может сильно отличаться, поскольку водоносный горизонт может залегать и на глубине 40 м, и на глубине 100 м. Зато продуктивность такой скважины – до 10 кубометров воды в час. Заиливание исключено, потому что сама водоносная порода служит фильтром.

Казалось бы, песчаную скважину бурить однозначно дешевле. Но если принять во внимание период эксплуатации, окажется, что известковую скважину все-таки бурить выгоднее. Кроме того, следует учитывать и экологический аспект: водоносные пески близки к поверхности земли, в них иногда проникают фекальные воды из выгребных ям, сливные воды и т.п. Глубокая же скважина обеспечивает исключительно качественную воду, которую после системы обычных фильтров можно без боязни использовать как питьевую (иногда она может содержать повышенное количество железа). В артезианской скважине много преимуществ. Количество воды здесь неограниченно, поэтому система полива может быть любой сложности и интенсивности: бассейны, фонтаны и т.п. Кроме того, скважина не требует обслуживания, не заиливается и не высыхает.

Артезианская скважина – достаточно непростое технологическое сооружение. Стоимость и длительность работ на бурение артезианской скважины больше, чем на бурение фильтровой. Зато продуктивность артезианской скважины быстро окупит ее стоимость. Длительность ее бурения может составлять от 5 до 20 дней, в зависимости от глубины и сложности бурения.
На глубину скважины и, соответственно, ее стоимость, влияют истощенность верхнего водоносного известкового слоя и его относительная загрязненность. Подобные явления характерны для густонаселенных районов с развитой промышленной инфраструктурой.

Бурение глубоких скважин проводят передвижными установками на базе автомобилей ЗИЛ, КамАЗ гидравлическим методом с помощью долота с промыванием буровым раствором. Бурение ведется разными долотами (D=76…215 мм), начиная с большого диаметра (при этом методе разбуривают даже включения скальных пород).
Оборачивание долота осуществляется через бурильную колонну от ротора, расположенного на поверхности, с приводом от двигателя. Для удаления породы от бурового насоса по нагнетательному шлангу при прохождении в скважину подается промывочная жидкость. Бурение ведется с промыванием глинистым раствором, который снижает водопроницаемость пород вблизи скважины.

После того, как завершено бурение начального участка скважины, опускают первую обсадную колонну (кондуктор), чтобы перекрыть слабые нестойкие породы и верхние водоносные горизонты, в затрубное пространство закачивают цементный раствор.

Бурение скважины продолжают долотом меньшего диаметра в середине обсадных труб до проектной отметки, после чего в скважину опускают следующую обсадную колонну или эксплуатационную колонну, которая будет размещена в водоносном слое.

Обсадку скважины выполняют металлической трубой диаметром 127 или 168 мм. Когда водоносный горизонт достигнут, на всю глубину скважины опускают фильтрационно-эксплуатационную колонну с перфорированным участком в нижней части, через который вода проникает внутрь. Такая технология называется двухтрубной или двухколонной.
Фильтрационно-эксплуатационная колонна может быть металлической или пластиковой. Последняя, конечно, лучше, поскольку долговечнее. Чаще всего используются немецкие или (реже) отечественные пластиковые трубы. Кстати, вода, сталкиваясь только с пластиком, остается чистой. Но существует опасность проникновения грязной воды с верхних песчаных горизонтов. Чтобы исключить ее на стыке черных юрских глин и известняка, устанавливают специальный затвор (пакер). Его делают или из цементного раствора, или из резиновых колец, или из компактонита – глины, которая под влиянием воды быстро расширяется и становится уплотнителем.

Продуктивность артезианской скважины может составлять до 10 м3/час. Этого вполне достаточно, чтобы полностью обеспечить водой один-три загородных дома. Чтобы обеспечить водой коттеджный городок, необходимо бурить скважину диаметром 168-200 мм. Такая скважина может дать 2-20 м3/час.
Гарантия на артезианскую скважину – 3 года. Если со скважиной что-то не так, то это выяснится в первые 2-3 месяца. А в общем со скважиной нет никаких хлопот, она может прослужить до 50 лет, срок ее годности лимитированный только скоростью коррозии обсадных труб.

Вода в артезианском горизонте напорная. Но это не означает, что из пробуренной скважины вода, подобно нефти, будет бить фонтаном. После раскрытия водоносного горизонта вода поднимется и установится на определенном уровне, который называется статичным. Скажем, глубина скважины может быть 120 м, а статичный уровень в одном районе установится на отметке 50 м, а в другом – 30 м. Другой вариант, разумеется, более удачный с экономичной точки зрения, потому что существенно уменьшает необходимую мощность насосного оборудования и необходимое количество материалов (труб, кабеля, троса и т.д.), соответственно удешевляя и всю скважину.

Также следует напомнить о необходимости паспорта скважины, который составляют после проведения всех производственных работ, а также после контрольных замеров рабочих показателей скважины. В нем указывают все необходимые технические характеристики скважины: статический и динамический уровни воды, ее затрату.

Преимущества артезианской скважины:

• определенность глубины и результата бурения;
• значительно большая теплоотдача по сравнению с песчаной скважиной;
• долговечность (срок службы составляет 50 лет и более);
• практически постоянный уровень воды;
• возможность установки высокопродуктивного импортного глубинного насоса.

Недостатки артезианской скважины:

• ощутимо большая стоимость бурения по сравнению с песчаной скважиной;
• достаточно высокая минерализация воды;
• обязательное наличие разрешения и разрешающих документов.

Насосы и трубопроводы
Во всех скважинах следует устанавливать насосное оборудование. Для удобства насосы скважин можно оборудовать элементами автоматики, которые предоставят возможность создать автономную систему водоснабжения. Насос при этом содержится в колодце или скважине, а элементы автоматики – в любом досягаемом месте. На рынке уже есть готовые комплекты оборудования скважины, оснащение кабелем, прибором управления и соответствующими датчиками для водоснабжения в автоматическом режиме. Такая система автоматически поддерживает установленное давление при изменяющейся затрате, с помощью встроенного преобразователя частоты оборотов. А постоянное давление в системе водоснабжения, в свою очередь, гарантирует стабильную работу бытовой техники.

Для подачи воды можно использовать ручной насос, но более эффективными являются электрические. На индивидуальных участках используют или небольшие отцентрованные насосы, которые устанавливают над уровнем воды, или погружные, которые устанавливают под уровнем воды.

Следует помнить, что электрические насосы питаются током, и потому нарушение правил безопасности, особенно в условиях повышенной влажности, опасно для жизни. В конструкции насоса используют такие материалы, как нержавеющая сталь, разные водостойкие и крепкие полимеры.

При заборе подземной воды из скважины  отцентрованные насосы устанавливают так, чтобы расстояние от минимального уровня воды до верхней крышки рабочего колеса (до низа электродвигателя) не превышала 7 м при оборудовании скважины желательно установить соответствующий водоносному слою фильтр, изготовленный из нержавеющей стали. При других условиях уже через несколько лет фильтр загрязнится, и вода станет непригодной для использования. После установки отцентрованного насоса в приямке там же можно установить и ручной поршневой насос, также с обратным клапаном. Благодаря этому вода будет даже при отсутствии электроэнергии.

Следует заметить, что дно приямка должно быть песчаным, а перед насосом, на напорной трубе, устанавливают вентиль для выпускания воды при опорожнении трубопровода. Материалом для трубопровода может быть пластмасса или оцинкованная сталь. Можно использовать металлические трубы, но качество воды при этом ухудшится.
Преимущества наосов, которые устанавливают под уровнем воды, следующие: меньший вес (до 4 кг), готовность к работе после погружения их под воду (их можно опускать на глубину до 5 м), отсутствие всасывающей трубы, обратный клапан вмонтирован в насос. Насос может быть размещен в скважине с внутренним диаметром более 100 мм, минимальное расстояние от дна скважины – 15 см. Их действие основано на том, что намного проще создать достаточное для подъема давление воды снизу, чем за счет откачивания воздуха пытаться «тянуть» ее сверху. Характер использования аппаратов накладывает на них существенные ограничения, которые, прежде всего, касаются диаметра корпуса и материала, из которого он изготовлен, а также начальных больших капиталовложений. Есть смысл оборудовать погруженный насос не полимерным шлангом, а резиновым, поскольку он более гибкий и со временем не «каменеет», а потому имеет явное преимущество для сезонного полива или временного водоснабжения.

Недостатком погруженного насоса является то, что время непрерывной работы не должно превышать 2 часов (но и нет нужды так долго поливать или брать воду для бытовых нужд). Тем более что длительность перерыва в работе насоса – лишь 20 минут. Следует периодически вынимать насос из воды и осматривать его. Первый раз – через полчаса работы, потом через каждых 20-25 минут.

Глубина прокладывания всасывающего и напорного трубопровода зависит от условий эксплуатации (только летом или на протяжении всего года). При летней эксплуатации глубина залегания трубы зависит от возможности ее повреждения. Обычно на дачных участках достаточной является глубина 30 см, но если существует потребность в проезде по участку машиной, то трубы придется прокладывать на глубине не менее 70 см. Осенью воду из водопроводной системы обязательно следует слить, также необходимо обеспечить защиту насоса от дождя.
Если планируется эксплуатация на протяжении всего года, необходимо учитывать еще и глубину промерзания грунта. Вся труба должна быть размещена ниже глубины промерзания.
Для обеспечения полного опорожнения (отключение на зиму, ремонтные работы) напорный трубопровод (тот, который идет от насоса к дому) необходимо всегда прокладывать с уклоном в сторону приямка, где установлен насос. Более чем достаточно, если на каждый метр длины трубы она будет углубляться на сантиметр. При значительной длине, для уменьшения заглубления трубопровода, можно оборудовать промежуточные дренажные колодцы, оборудованные вентилями, в которые будет сливаться вода, и сделать уклон трубы до этих мест. На напорном трубопроводе целесообразно оборудовать места для подсоединения поливочного шланга.

Зарубежные производители насосов представлены на украинском рынке торговыми марками «Wilo», «Grundfos», «SAER», «Pedrollo», «Ebara», «Marina», «Speroni», «DAB», «Calpeda», «Honda». Более дешевые и достаточно надежные отечественные насосы: «Водолей», «Азовец», «Босна LG», «Катех», «Каштан», «Струмок», «Малюк».

Оборудование трубного колодца (скважины) ручным методом
Дебит колодца (суточное поступление воды) практически не зависит от диаметра шахты. Поэтому иногда, особенно при глубоком залегании водоносного горизонта (15-20 м), быстрее и дешевле оборудовать колодец-скважину, который не требует выкапывания шахты: вместо этого бурят скважину диаметром 50-300 мм и укрепляют ее стенки обсадной трубой (из металла, асбоцемента, пластика). Такие колодцы чаще всего оборудуют электронасосами. Бурение очень глубоких скважин (более 40 м) обходится очень дорого. Есть смысл строить глубокие колодцы для коллективного пользования – обычно они имеют достаточно большой дебит и прекрасное качество воды.

На месте будущей скважины роют шурф размерами 1,5х1,5 м и глубиной не менее 2 м (можно и глубже). Шурф защищает скважину от осыпания верхнего, самого слабого слоя грунта. Стенки шурфа обшивают досками, чтобы не обсыпались, а на дне оборудуют пол: кладут строго горизонтально два лежня, укрепляют их колышками, поперек прибивают толстые (50-миллиметровые) доски 150-миллиметровыми гвоздями. По краям шурфа, на поверхности, тоже укладывают и укрепляют лежни, на которых настилают пол.

Для оборотного или ударного бурения скважины используют буровую колонку, которую подвешивают с помощью буровой вышки, обеспеченной блоком с приемником над точкой бурения. Буровая колонка состоит из буровых штанг, которые по мере углубления скважины наращивают с помощью переходных муфт. Снизу буровая колонка обеспечена буровой головкой – режущим и/или ударным инструментом. Для оборачивания колонки используют коловорот, а для удара – ударную бабу.

Способы бурения

Пески проходят бур-ложкой или желонкой, добавляя в скважину немного воды и глины (как смазку). Если песок утрамбовался, используют долото. Пока бур не войдет в водоупорную породу ниже водоносного слоя, используют обсадные трубы.
Пески-плавуны проходят желонкой ударным способом, одновременно осаживая трубу. Желонка должна быть длинной, а ее клапан – хорошо прилажен.
Вязкие глинистые породы можно бурить желонкой без клапана, бур-ложкой, змеевиком. Если порода твердая, ее периодически распушивают долотом на глубину 500-700 мм. Обсадные трубы не используют, если скважина не обваливается. Если глина мягкая и вязкая, используют желонку не только без клапана, но даже и без башмака (или буром-змеевиком), поднимая и опуская его на 100-150 мм через несколько оборотов. Через 500-700 мм инструмент вынимают и очищают, перед опусканием доливают около ведра воды.
Галечник и гравийные породы проходят с обсадными трубами, работая по очереди долотом и желонкой.

Подготовка скважины к работе
Когда скважина прошла водоносный слой и дошла до нижнего водоупорного, ее тщательно очищают желонкой. Потом измеряют глубину скважины от верхнего настила до дна водоносного слоя. После этого в водоносный слой на колонне водоподъемных труб опускают фильтр. Он должен опускаться свободно, без закручивания. Далее пространство между фильтром и стенками скважины засыпают чистым крупным песком или мелким гравием, одновременно поднимая колонну обсадных труб на всю высоту фильтра. Эта засыпка также способствует очищению воды.
Если фильтр со временем загрязнится, его придется вынуть из скважины и промыть, потом поставить назад, заблаговременно очистив скважину желонкой от засыпки, а после установки фильтра снова засыпать пространство около него.